【文章內(nèi)容簡介】 2）開發(fā)條件：包括礦區(qū)所處地理位置（是否靠近大城市及老礦區(qū)）、交通（鐵路、公路、水運）、用戶、供電、供水、建筑運料及勞動力來源等。條件好者，應(yīng)加大開發(fā)強度 和礦區(qū)規(guī)模，否則應(yīng)縮小規(guī)模。 3）國家需求：對國家煤炭需求量（包括煤種、煤質(zhì)、產(chǎn)量等）的預(yù)測是確定礦區(qū)規(guī)模的一個重要依據(jù)。 4)投資效果：投資少、工期短、生產(chǎn)成本低、效率高、投資回收期短的應(yīng)加大礦區(qū)規(guī)模，反之應(yīng)縮小規(guī)模。 礦井設(shè)計生產(chǎn)能力 潞安一礦 井田儲量豐富，煤層賦存穩(wěn)定，厚度變化不大，頂?shù)装鍡l件好，傾角小，技術(shù)裝備先進，經(jīng)濟效益好，交通運輸便利，宜建大型礦井。故確定 潞安一礦 礦井設(shè)計生產(chǎn)能力為 。 校核礦井煤層的開采能力是否滿足設(shè)計生產(chǎn)能力的要求 礦井的開采能力取決于回 采工作面和采區(qū) (帶區(qū) )的生產(chǎn)能力，本礦井計劃用一個帶區(qū)的一個高產(chǎn)、高效工作面保證全礦井的產(chǎn)量。 主采煤層厚度 m，容重為 ，工作面長度 300 m，采煤機截深 m，每天進 10 刀，一年 330d ,工作面回采率 90% ，則綜采面的生產(chǎn)能力為： 300 12 330 90%＝ Mt〉 . 能夠滿足礦井設(shè)計生產(chǎn)能力的要求 。 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 17 頁 共 115 頁 礦井服務(wù)年限 礦井服務(wù)年限必須與井型相適應(yīng)。 礦井可采儲量 Zk、設(shè)計生產(chǎn)能力 A 和礦井服務(wù)年限 T 三者之間的關(guān)系為： AKZT K? (321) 式中： Zk———— 礦井可采儲量， Mt； A———— 設(shè)計生產(chǎn)能力， Mt； T———— 礦井服務(wù)年限， a； K———— 礦井儲量備用系數(shù)，取 。 則礦井設(shè)計服務(wù)年限為： T=247。 ( )= 年 60 年 另外，由于本礦井開拓方案為單水平上下山開拓，故而第一水平服務(wù)年限為 64 年，符合《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范》要求（見表 321）。 表 321 我國各類井型的新建礦井和第一水平設(shè)計服務(wù)年限 礦井設(shè)計生產(chǎn)能力 /Mt a1 礦井設(shè)計服務(wù)年限 /a 第一開采水平服務(wù)年限 /a 煤層傾角＜ 25176。 煤層傾角 25176?！?45176。 煤層傾角＞ 45176。 及以上 70 35 — — ～ 60 30 — — ～ 50 25 20 15 ～ 40 20 15 15 潞安一礦 第 18 頁 共 115 頁 4 井田開拓 井田開拓的基本問題 井田開拓是指在井田范圍內(nèi)，為了采煤，從地面向地下開拓一些列巷道進入煤體，建立礦井提升、運輸、通風(fēng)、排水和 動力供應(yīng)等生產(chǎn)系統(tǒng)。這些用于開拓的井下巷道的形式、數(shù)量、位置及其相互關(guān)系和配合稱為開拓方式。合理的開拓方式需要對技術(shù)可行的幾種開拓方式進行技術(shù)經(jīng)濟比較才能確定。 井田開拓主要研究如何布置開拓巷道等問題，具體有下列幾個問題需認(rèn)真研究： （ 1）確定井筒的形式、數(shù)目和配置，合理選擇井筒及工業(yè)廣場的位置。 （ 2）合理確定開采水平的數(shù)目和位置。 （ 3）布置大巷及井底車場。 （ 4）確定礦井開采程序，做好開采水平的接替。 （ 5）進行礦井開拓延深、深部開拓及技術(shù)改造。 （ 6）合理確定礦井通風(fēng)、運輸及供電系統(tǒng)。 確定開拓問題 ，需根據(jù)國家政策，綜合考慮地質(zhì)、開采技術(shù)等諸多條件，經(jīng)全面比較后才能確定合理方案。在解決開拓問題時，應(yīng)遵循下列原則： （ 1）貫徹執(zhí)行國家有關(guān)煤炭工業(yè)的技術(shù)政策，為早出煤、出好煤、高產(chǎn)高效創(chuàng)造條件。在保證生產(chǎn)可靠和安全的條件下減少開拓工程量，尤其是初期建設(shè)工程量，節(jié)約基建投資，加快礦井建設(shè)。 （ 2）合理集中開拓部署，簡化生產(chǎn)系統(tǒng)，避免生產(chǎn)分散，做到合理集中生產(chǎn)。 （ 3）合理開發(fā)國家資源，減少煤炭損失。 （ 4）必須貫徹執(zhí)行煤炭安全生產(chǎn)的有關(guān)規(guī)定。要建立完善的通風(fēng)、運輸、供電系統(tǒng)，創(chuàng)造良好的生產(chǎn)條件，減少巷道維護 量，是主要巷道經(jīng)常保持良好狀態(tài)。 （ 5）要適應(yīng)當(dāng)前國家的技術(shù)水平和設(shè)備供應(yīng)情況，并為采用新技術(shù)、新工藝、發(fā)展采煤機械化、自動化創(chuàng)造條件。 （ 6）根據(jù)用戶需要，應(yīng)照顧到不同煤質(zhì)、煤種的煤層分別開采，以及其他有益礦物的綜合開采。 確定井筒的形式 及 數(shù)目 1)井筒形式的確定 井筒形式有三種：平硐、斜井、立井。一般情況下，平硐最簡單，斜井次之，立井最復(fù)雜。 平硐開拓受地形及埋藏條件限制，要求地形條件合適，即在煤層賦存較高的山嶺、丘陵或溝谷地區(qū)，且便于布置工業(yè)廣場和引進鐵路，上山部分儲量大致能滿足同類井型華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 19 頁 共 115 頁 水 平服務(wù)年限要求。 斜井開拓與立井開拓相比，井筒施工工藝、施工設(shè)備與工序比較簡單，井筒施工單價低，初期投資少，地面工業(yè)建筑、井筒裝備、井底車場及硐室都比立井簡單，井筒延伸施工方便，對生產(chǎn)干擾少，不易受底板含水層的威脅，主提升膠帶有相當(dāng)大的提升能力，可滿足特大型礦井主提升的需要，斜井井筒可作為安全出口，井下一旦發(fā)生透水事故等，人員可以迅速從井筒撤離。缺點是：斜井井筒長，輔助提升能力小，提升深度有限；通風(fēng)線路長，阻力大，管線長度大；斜井井筒通過富含水層、流沙層，施工技術(shù)復(fù)雜。 立井開拓不受煤層傾角、厚度、深度、瓦 斯及水文等自然條件的限制，在采深相同的條件下，立井井筒短，提升速度快，提升能力大，對輔助提升特別有利，井筒斷面大，可滿足高瓦斯礦井、煤與瓦斯突出礦井需風(fēng)量的要求，且阻力小，對深井開拓極為有利；當(dāng)表土層為富含水層或流沙層時，立井井筒比斜井井筒容易施工；對地質(zhì)構(gòu)造和煤層產(chǎn)狀都比較復(fù)雜的井田，能兼顧深部和淺部不同產(chǎn)狀的煤層。主要缺點是：立井井筒施工技術(shù)復(fù)雜，需用設(shè)備多，要求有較高的技術(shù)水平，井筒裝備復(fù)雜，掘進速度慢，基本建設(shè)投資大。 根據(jù) 潞安一礦 的煤層埋藏深度（ 500 m以上）及第四系和基巖風(fēng)化帶的厚度（ 50～98 m），礦井的水文地質(zhì)條件，并考慮到井筒的施工方法等因素， 確定井筒形式為立井。 2）井筒數(shù)目確定 采用斜井或立井開拓時，新建礦井一般要開鑿一對井筒，滿足提升和輔助運輸?shù)男枰M足礦井通風(fēng)和施工的需要。風(fēng)井的個數(shù)是根據(jù)通風(fēng)系統(tǒng)要求以及安全生產(chǎn)的需要合理確定的。若采用主井通風(fēng)，用箕斗或膠帶輸送機井筒做風(fēng)井時，應(yīng)符合《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定。 潞安一礦 為新建礦井，綜合考慮后確定布置 1 個主井、 1 個副井、 1 個風(fēng)井。 確定工業(yè)廣場及井口位置 1）工業(yè)廣場及井口位置的確定 （ 1） 對初期開采有利，即儲 量必須可靠，井巷工程量省，建井工期較短。 （ 2） 應(yīng)使井田兩翼儲量大致平衡，即井筒應(yīng)位于儲量中心，利于井下運輸、通風(fēng)和開采系統(tǒng)布置，減少生產(chǎn)經(jīng)營費用。 （ 3）盡量不占良田、少占農(nóng)田。充分利用地形地貌布置工業(yè)廣場，以便使地面生產(chǎn)系統(tǒng)合理，便于與外界溝通，使運輸方便。 （ 4） 井筒應(yīng)盡量避免穿過流沙層、較大含水層、較厚的沖積層、有煤和瓦斯突出的煤層以及較大面積的采空區(qū)和大斷層，以減少施工困難，并盡量少壓煤。 （ 5） 工業(yè)廣場和井筒應(yīng)有良好的工程地質(zhì)條件，不受洪水、巖崩、泥石流、滑坡及森林火災(zāi)的威脅。 潞安一礦 第 20 頁 共 115 頁 通過以上分 析，考慮到 潞安一礦 實際情況，為了減少煤柱損失，縮短煤炭外運距離，減少運輸費用，平衡井田兩翼的運輸和通風(fēng)系統(tǒng)， 潞安一礦 工業(yè)廣場和主、副井井口布置在井田中央，對于本礦井井田中央也大致是井田儲量中央。 2）風(fēng)井位置的確定 風(fēng)井位置應(yīng)根據(jù)通風(fēng)系統(tǒng)合理選擇 （ 1）采用中央邊界式通風(fēng)系統(tǒng)時，主、副井筒設(shè)在井田中央，風(fēng)井設(shè)在井 田上部邊界中央。 （ 2）采用中央并列式通風(fēng)系統(tǒng)時，進、回風(fēng)井并列在工業(yè)廣場內(nèi)。一般可利用其一井筒進風(fēng)，另一井筒回風(fēng)，主副井筒相距 30～ 50 m。大型礦井相距可達 60～ 100 m，并在井田上部邊界附 近設(shè)安全出口，如果礦井水文地質(zhì)條件簡單，無突水危險時，且主副井筒均能上下人員，也可以單獨設(shè)置安全出口。 （ 3）采用對角式通風(fēng)系統(tǒng)時，風(fēng)井設(shè)在井田兩翼上部邊界。 （ 4）采用分區(qū)式通風(fēng)系統(tǒng)時，回風(fēng)井設(shè)在各采區(qū)的上部邊界。 根據(jù) 潞安一礦 的生產(chǎn)實際，為保證井下生產(chǎn)時有足夠的風(fēng)量，本礦井開采前期采用中央并列式通風(fēng)，風(fēng)井設(shè)在工業(yè)廣場內(nèi)。 開采水平 的確定 開采水平的確定是礦井設(shè)計的關(guān)鍵，它直接關(guān)系到礦井的基本建設(shè)投資及生產(chǎn)經(jīng)營費用，是礦井開拓的重要參數(shù)。開采水平高度根據(jù)煤層賦存條件、生產(chǎn)技術(shù)水平及水平接替等 因素綜合考慮確定。設(shè)計時從以下幾個方面進行分析論證： （ 1）是否有合理的階段斜長； （ 2）階段內(nèi)是否有合理的區(qū)段數(shù)目； （ 3）要保證開采水平有合理的服務(wù)年限和足夠的儲量。 （ 4）要使水平高度在經(jīng)濟上合理。 其中開采水平有合理的服務(wù)年限很重要，必須符合規(guī)范規(guī)定，水平高度可按表 4－11 選取。 表 411 礦井水平垂高表 井 型 緩傾斜、傾斜煤層 急傾斜煤層 大、中型礦井 200～ 350 m 100～ 250 m 小型礦井 80～ 120m 60～ 120m 井田范圍內(nèi)可采煤層只有 3 煤層，故采用單水平開采。 帶區(qū)劃分及其布置 傾斜長壁回采工作面，按推進方向可分為仰斜開采和俯斜開采。工作面沿傾斜從下向上推進的稱為仰斜開采，工作面沿傾斜從上向下推進的稱為俯斜開采。 據(jù)資料統(tǒng)計，我國應(yīng)用俯斜開采的比重較大，占 %。實踐經(jīng)驗表面，當(dāng)煤層華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 21 頁 共 115 頁 頂板較穩(wěn)定、煤質(zhì)較硬，或頂板含水量較大時，宜采用仰斜開采；當(dāng)煤層傾角與厚度較大、煤質(zhì)松軟片幫，或沼氣量較大時，宜采用俯斜開采。 根據(jù)傾斜長壁工作面的推進方向與主要水平大巷的相互位置關(guān) 系，其回采方式可分為前進式、后退式和混合式三種。 當(dāng)回采工作面自主要水平大巷向階段上邊界推進，其運輸斜巷和回風(fēng)斜巷隨工作面的推進而向前推進，并在采空區(qū)中維護時，稱之為前進式回采方式。前進式回采方式不需要預(yù)掘大量的回采巷道，縮短了回采工作面的準(zhǔn)備時間，有利于采掘接續(xù)；巷道免受超前支承壓力的作用，沿空留巷維護狀況較好；改變采掘分散的局面，提高礦井集中化程度。但這種回采方式不易弄清工作面前方的地質(zhì)構(gòu)造，采掘工作互相干擾，采空區(qū)漏風(fēng)有導(dǎo)致自然發(fā)火的危險。可采用密封材料將采空區(qū)密封。 根據(jù) 潞安一礦 情況，帶區(qū)采用集中布 置；為了節(jié)約初期投資，盡快投產(chǎn)，井田范圍內(nèi)采用前進式開采順序。同時生產(chǎn)的帶區(qū)一個，該帶區(qū)的一個工作面保證全礦井的產(chǎn)量。 開拓方案比較 開拓方案技術(shù)比較 根據(jù)本礦井實際情況： 煤層埋深在 500 m左右，故可選用立井和斜井進行開拓，井田垂高約我 240 m，故可以分 12 個水平； 在回風(fēng)方面，考慮到初期投資和基建費用及礦井的投產(chǎn)期，故將風(fēng)井布置在工業(yè)廣場內(nèi)，及采用中央并列式通風(fēng)方式。對其他方面，現(xiàn)提出以下 四 種在技術(shù)上可行的開拓方案，分析如下： 方案一：雙立井單水平開拓 主、副井均為立井， 設(shè)置一個 水平水平 在 +460 m。如圖 41 所示。 圖 41 方案一示意圖 潞安一礦 第 22 頁 共 115 頁 方案二：雙立井兩水平開拓 主、副井均為立井，設(shè)置 +460m和 +340m兩個水平，如圖 42 所示。 圖 42 方案二示意圖 方案 三 ：主斜副立單水平開拓 主井為斜井，副井為立井， 設(shè)置一個水平在 +460m。如圖 43 所示。 圖 43 方案 三 示意圖 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 23 頁 共 115 頁 方案 四 ： 主 斜 副立兩水平 水平開拓 主井為斜井，副井為立井，在 +460m和 +340m設(shè)置兩個水平。如圖 44 所示。 圖 44 方案 四 示意圖 方案 1 和方案 方案 3 和方案 4 兩兩之間的區(qū)別僅在于是采用單水平開拓還是用兩水平開拓。兩方案的生產(chǎn)系統(tǒng)都比較簡單可靠。兩方案對比第二方案的立井深度要比第一方案深，從而井筒長度要有所增加，同時第二個石門也較長，費用方面要比方案一高許多，此外，第二方案中還要設(shè)第二水平的車場，這些都將增加費用。由于本煤層傾角 6176。，為近水平煤 層，整個井田垂高為 240 m,分兩水平的話水平間垂高只有 100 米多，不符合大型礦井設(shè)計，所以放棄方案 2 和方案 4。 余下的方案 1 和方案 3 均屬技術(shù)上 可行 ，兩者相比，方案 3 采用斜井，雖然煤層埋深 450m，主斜井按 16176。計算的話，長度大約在 1700 m，雖然方案 3 的初期總投資要比方案 1 高些，但本礦井為 Mt 大型礦井，考慮到立井能否擔(dān)負提升要求，故要將此方案保留進行經(jīng)濟比較。因此，兩方案需要通過經(jīng)濟比較才能確定其優(yōu)劣。 方案一、方案二的粗略估算費用計算如表 42 422 所示 潞安一礦 第 24 頁 共 115 頁 表 421 方案一的粗略估算費用計算表 方案一：雙立井單水平開拓 項目 數(shù)量 (m) 基價（元） 費用（萬元） 費用（萬 元） 基建費用（萬元） 立井開鑿 表土